爆破振动模型测试试验

爆破振动模型测试试验1.1概述炸药在岩土介质中爆炸产生应力波，而爆破地震波就是爆源附近的应力波转换而来的。研究预裂缝隔振机理及效果主要是研究爆破应力波在裂隙处的传播规律及与岩石界面间的相互作用机理。研究地震波在裂隙处的传播规律及与岩石界面间的相互作用时，通常是假设两弹性半空间界面上具有完全粘结的界面及完全固结界面条件。但在实际问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 中，常存在非完全固结界面及两界面可相互滑移：如界面间的粘结力不存在，仅是弹性接触；或者界面间充有流体等。本文所研究的预裂缝的缝而显然属于非完全固结界面。许多学者曾研究过应力波与可滑移介质界面的相互作用。NewmarkNM修正了完全粘结界面条件，允许滑动在界面间发生；MurtyGS模拟了应力波与松散粘结界面间的相互作用，他认为界面允许有位移的间断，但面力是连续的；对于界面间充填有粘性物质情况，Mayer.L.R认为在两弹性固体的界面上存在位移间断的同时还存在速度的不连续。应力波与可滑移界面的相互作用计算模型，按对界面强度描述的模型不同，按对界面强度描述的方法不同，可分为两大类:一类是用库仑摩擦定律描述界面强度，这方面的代表工作为文献另一类是用节理刚度描述界面强度。这方面的典型工作可参考文献。预裂缝附近地震波的响应，即地震波与岩体结构面的相互作用是一个很复杂的问题。地震波在界面反射、透射与裂隙的摩擦损耗和裂隙的压实效应产生不可恢复的体积变形，对地震波产生一定的能量吸收作用。预裂缝的隔振效应是与其阻抗性质、传递性质及自振特性等动力特性的反映，与裂缝产状、尺寸、破碎带物质力学性质等因素有关。预裂缝隔振效应实际上是一个应力波在岩体中传播时的衰减与断裂体系对应力波的响应，即波与介质及其中结构面间相互作用的复杂问题。预裂缝实际上起到了天然的低通滤波器的作用，是一组集总的滤波网络。1.2预裂缝的减振效应1.2.1振动波在预裂缝处的传播特性研究爆破地震波在预裂缝处的传播时，可如图1-1以预裂缝底端C点为分界点将其地震波近似分为两部份进行研究。在C点以上部份的爆破应力波为缝底以上应力波，简称为上部应力波。由于有预裂缝的阻隔，应力波在其界面处发生了反射、折射以及透射现象，地震波的大部分能量都在此消耗了，故进入保护区的能量极小，有效地降低了保护区的振动。另一部分则是C点以下的应力波为缝底以下应力波，简称为底部应力波。底部应力波到达C点后发生分裂，产生复杂的波现象，其中一大部分波产生绕射进入预裂缝的另一个界面如图1-2所示，引起此界面振动而对其产生破坏作用。而另一部份地震波则沿原来的传播方向以体波的传播方式继续传播。图1-1预裂缝减振示意图图1-2振动波通过预裂缝时的绕射1.2.2预裂缝的减振机理预裂缝的减振效应主要有上部应力波与底部应力波共同作用的。目前对预裂缝减振机理的研究主要集中在预裂缝对上部应力波的作用机理上的研究，即研究上部应力波与介质界面间的相互作用。卢文波教授从节理刚度描述的界面模型着手，研究爆炸应力波与预裂缝的相互作用，并就预裂缝在爆炸应力波作用下的闭合及预裂缝在充水条件下的隔振效果进行研究。用库仑摩擦定律描述的界面模型对预裂缝的减振效应机理进行研究的没有发现。1.2.2.1上部应力波与预裂缝的相互作用(1)应力波与由库仑摩擦定律描述的岩石界面的相互作用应力波与由库仑摩擦定律描述的介质界面间的相互作用计算模型中，把介质界面看成具有相对滑移的两弹性半空间的接触面，也就是说，此时的边界条件发生变化，结构面两侧相邻点的切向位移不再连续。在研究爆炸应力波与预裂缝相互作用的具体问题中，预裂缝间的结构面既不是高强度结构面，也不是理想光滑的软弱面。它们既有粘聚力，又有一定的内摩擦。有内摩擦的结构面，与理想光滑结构面的不同之处就是结构面上的剪应力不再等于零。所以找出结构面上剪应力的边界条件是解决应力波在这种结构面上透反射特性规律的关键。李宁等认为应力波到达结构面时，若结构面在应力波的作用下发生相对滑移，由摩尔一库仑准则，结构面上的最大剪应力与正应力存在着下列关系，即：dxxytgϕατ•=（1-1）式中，dϕ微结构面的动摩擦角。若结构面没有发生相对滑移，则符合高强度结构面处应力波的透反射特性。因此，研究应力波在有结构面处的透反射特性规律，首先必须判断结构面是否发生相对滑移，从而在相应的边界条件下得到反射透的与矢。由上述分析，有摩擦软弱结构面上有滑移情况下应力波透反射的边界条件为：∑∑=bauu)()(byax∑∑=)()(σσdaxaxytgϕστ)()(∑∑=dbxybxytgϕττ)()(∑∑=（1-2）由以上四个边界条件则可得到关与各反射与透射波波矢与振幅之间的控制方程：sbpbsapapaCCCCC2111sinsinsinsinsinβαβαα====（1-3）()0sincossincos27261543=−−+−βαβαAAAAA（1-4）()()()02sin/2cos/2sin2cos271615143=−−−+βρρβρρββabsbabpasapaCACACACAA（1-5）()()dsapapasatgACCAAACCAAϕβββα−+=−−1512115432sin2cos2cos2sin（3-6）dsbpbpbsatgACCAACCAϕβββα+=−272627262sin2cos2cos2sin（1-7）可根据上述方程，应用Gramer法则来求解各振幅之间的关系。如果结构面两侧岩体的波阻抗相同，则有：()()21222362cos/2sin/22βαβϕβpsCCctgtgctgAA++=（1-8）()()()()2122212342cos/2sin/22cos/2sin/βαβϕβαpspsCCctgtgCCAA+−=（1-9）()()()()()212222137352sin2sin/2/2cos/2cos2sinβαβϕββαpspspsCCctgCCtgCCAAAA+−==（1-10）设入射的纵波波势为''Φ，则应力波入射到单位面积结构面上的能流为：PaaPIcE42''21ωρΦ−(1-11)相应的透射纵波、透射横波、反射纵波、反射横波的能流−PTE，−STE，−PRE，−PSE以及它们与入射能流的比值PTe，STe，PRe，SRe，分别为：ααωρcoscos"21242PblaPTCEΦ=−αβωρcoscos"21242PblaSTCEΦ=−(1-12)PbaPRCE42'21ωρΦ=−αβωψρcoscos21142'PbaSRCE=−（1-13）2362tantan=ACACePaPbPTαα23722tantan=ACCACePaSaSbSTβα234=AAePR，23621tantan=ACACePaSaabSRβραρ（1-14）由于预裂缝缝隙面两侧岩石相同，易得：−−−−−+++>SRSIPRPTPIEEEEE\\\\\（1-15）式(1-15)说明，因预裂缝界面处存在相对滑动，从而导致在预裂缝缝面上存在能量的损耗。通过缝面上各种波的能流密度分析，易得缝面上的能量损耗率η为：STSRPRPTeeee−−−−=1η（1-16）由式（1-8）、（1-9）、（1-10）知，当爆炸应力波入射预裂缝面时，其透反射波幅与缝面两侧岩体的声阻抗和其动摩擦角有关。由式（1-8）、（1-9）、（1-10）、（1-14）、（1-15）可知，当入射角不变时，随着动摩擦角的增大，透射应力与入射应力的比值随之增大，反射应力与入射应力的比值随之减小。(2)应力波与由节理刚度系数描述的岩石界面的相互作用当弹性波在不同介质中传播时，在其交界面或边界会发生反射和折射现象，同时有波型转换的现象发生。入射的P波或SV波通常产生反射和折射的P波和SV波。而SH波只产生反射和折射的SH波。图1-3是几种不同入射波的反射与折射的情况。图1-3两种不同弹性介质的弹性波的折、反射情况在应力波与由节理刚度系数描述的岩石界面间的相互作用计算模型中，把岩石界面看成是具有位移间断的两弹性半空间的接触面，而应力与界面两侧位移间断值的比值被定义为界面的节理刚度。应力波在岩石界面上的入射可参见图1-3所示。设界面间没有被拉开，则界面两侧应力是连续的，有：zzzzzzσσσ==)2()1(，zxzxzxσσσ==)2()1(（1-17）根据节理刚度定义，有：Knuuzzzzσ=−)2()1(，Ksuuzxxzσ=−)2()1(（1-18）上两式中：σ和u分别代表应力和位移，其下标z，x代表方向。1和2代表界而两侧岩体，Kn和Ks分别为界而的法向和切向刚度。界面上应力由虎克定理计算：xuuxuzxzz∂∂++∂∂=)2(λλσ，)(xuzuzxzx∂∂+∂∂=λσ（1-19）式中：为λ、u拉梅常数。入射、反射和透射应力波的位移可用统一的表达式表示。)](exp[tlrkidAUnnnnnnnω−•=−−−−（1-20）式中n=3，4，5，6，7分别代表入射波、反射P波、透射P波及反射和透射SV波；nA和nd−分别为幅值和位移单位向量；nr−和nl−分别为点坐标矢量和波传播方向单位矢量；nk和nw分别为波数和圆频；i为虚数单位。现考虑仅有P波在岩石界面上入射，参见图1-3，图中P和SV下标1和2分别代表入射波、反射波和透射波。由式(1-1)~(1-4)得：[]nKAkAkAkAAAAA/cossin2)cos2()cos2(sinsincoscoscos11661441211332112716251433ββµθµλθµλββθθθ−+++=−+−−（1-21）sKAkAkAAAAA/)2cos2sin(coscossincossin27725522716251413βθµββθθθ−=−+−−(1-22)232112721121611522221121421132721121621252112142cos2sin2sin2cos2sin2cos2cos2sin2sinθβµµβµµθθβµµβθµµθACCACCACCACCCCACCAACCACCACCASPSPSPSPPPSPSPSPPP=+++−=−++(1-23)式（1-5）~（1-7）中pC和sC分别为纵波和横波波速，下标1和2分别代表界面两侧岩体；nk、nθ与波速间需满足：251423121sinsinsinsinsinββθθθkkkkk====(1-24)22511412321PSPSPPCCkCCkCCkkk====(1-25)在研究爆炸应力波与预裂缝相互作用的具体问题中，为使问题简易化往往只考虑爆炸应力波垂直入射缝面情况。考虑平面间谐P波在缝面上的正入射，此时缝面上仅有反射和透射P波存在，而无反射或透射SV波产生。由式(1-5)一式(1-9)可得：++−−=++===3212121214321211576)()()(20AIIIIKIIIIKAAIIIIKKIAAAnnnnωωω(1-26)卢文波教授等人研究此问题时假定裂缝两侧岩体通常为同样岩体，及裂缝间不存在破碎带，此时结论有：+=+−=353422AIKKAAIKIAnnnωωω(1-27)式中pCIρ=为声阻抗，ρ为岩石密度。对于平面简谐SV波的入射情形与P波基本完全相同，在本 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 中就不在加以说明。P波的能流密度(单位面积能量传输)可表示为：22)2(21ACPPωµλ+=(1-28)式中P代表能流密度；A为幅值。当爆炸应力波正射预裂缝面时，其透反射波幅不仅与缝面两侧岩体的声阻抗有关，而且还与缝面的节理刚度及入射应力波的圆频率密切相关，即当节理刚度为零时，有A3=一A4，A5=0，故此时相当于预裂缝被拉开，具有一定的张开宽度；当节理刚度为无穷大时，A4=0，A5=A3，此时预裂缝缝面相当于完全固结界面，入射应力波完全透过预裂缝，这与预裂缝的完全闭合相对应；对节理刚度介于零与无穷大之间的情形，随入射波频率的增大，其透射波波幅减小，这表现出预裂缝的高频滤波特性。综上述影响上部应力透、反射波传播与结构面的闭合情况有关，及与缝隙间的宽度关系甚密。当预裂缝越宽，结构面的闭合越少，无论从由库仑摩擦定律描述的介质界面还是由节理刚度系数描述的岩石界面着手研究，入射应力波的透射性都将减弱，预裂缝的隔振效果都会提高。1.2.2.2下部应力波与预裂缝的相互作用以OC波为例分析缝底以下应力波的传播过程。爆炸应力波到达预裂缝底端点C后，将会引起全新的、复杂的子波发展，一部分波发生反射其余的不受阻碍地向前运动，其中大部分能量转变为附加的围绕缝底绕射形成的剪切波与膨胀波的能力，如图1-1、图1-2所示。如波阵面向前传播部分PE，立即开始产生新的剪切波与膨胀波，由于它原来的能量要供给新产生的波，因此削弱了自己。OC以下的爆炸应力波当其波阵面传至以爆源O缝底C为假想连线的应力波间断面时，由于波阵面受裂缝底影响，波阵面就在应力波间断面发生分裂，衍生出膨胀波和前切波，仅有部分能量传至保护区，减小了对其的破坏作用。因此由于预裂缝的存在，底部应力波虽然产生绕射进入保护区，但能量大幅衰减，对保护区的破坏作用大大减小。且当预裂缝越深，预裂缝越长时，应力波间断面波及的区域越大，应力波绕射至保护区的能量越小，对其的破坏作用越弱。因此，只要不影响下一台阶的工作，预裂缝应尽可能适当加深加长(在经济可行范围内)。综合上述分析可知，预裂爆破产生的预裂缝对爆破应力波不管是上部应力波还是底部应力波都能起到良好的阻隔和减弱作用。1.3试块模型的制作试验是根据地质力学模型的制作理论，在实际岩体的弹性模量、泊松比等参数的基础上，经过合理的缩放制作试件，然后在其上应用切缝药包爆破方法，观察试块的破坏规律，用以指导实际工作，使实际工作规范化、科学化。试验室相似材料模拟爆破试验能否反映模拟对象的真实过程，关键在于相似性准则的确定。根据爆破相似理论，模型试验需满足一定条件下的几何和边界条件相似、动力相似以及材料相似。爆炸相似律是借助于量纲分析理论建立起来的。(1)满足几何相似原则，即模型设计各参数对应原型参数按同比例缩小或放大。由于模型体是有限的，实际爆破环境边界却是无限的，因此边界条件无法真正满足几何相似的原则，只能可以采取措施，使由此而产生的模拟失真尽可能减小，所造成的误差能在允许的范围内。有两种方法:a)增大模型尺寸，使爆孔尺寸、抵抗线等几何尺寸相对与模型尺寸尽量小；b)增加边界约束，设置无间隔的强力约束，如用钢模板紧固模型周边，以增强边界抵抗破坏的能力等。(2)式ρννρσσ'''=RR，νρρρνρ'''0'0cc=映了炸药与岩石的匹配关系。试验室一般使用爆速高的单质炸药，要满足强度和炸药爆速的匹配，应选用比矿岩强度更高的脆性材料来制作模型，这个条件往往无法满足。所用的水泥砂浆材料，其波阻抗比原岩低，而采用的炸药爆速大，因此这一条件也难以满足，解决办法是以“炸药爆炸能量相似”为原则，即试验所用炸药单耗与实际爆破所设计用炸药单耗相似，采用不耦合装药首先满足动力相似条件，这样会一定程度上影响几何相似条件。(3)岩体材料是一种十分复杂的地质体，含有丰富的节理、层理、裂隙、断层等不连续面，难以做到完全地精确模拟岩体介质。因而试验中主要考虑物理力学参数的相似，如拉、压强度，变形模量，泊松比，粘聚力和内摩擦角相似。以试验材料的单轴矿岩的强度为相似指标，材料相似条件为：剪拉压==='''mPmPmPECσσσσσσ（1-17）1.3.1水泥砂浆模型本试验制作的水泥砂浆模型尺寸为960×900×300mm，模型是由425#普通硅酸盐水泥、筛选后的中砂，加水搅拌浇注而成，配比为水泥:砂：水=1：2：0.45，浇筑时试块一侧预留直径8.0mm炮孔，孔深为150mm。预裂缝在浇筑过程中预埋，每个试块中放置1个，埋置深度200mm，长度700mm，宽度2.3mm，平面布置如图1-3。模型试块养护28天后进行爆破试验。预裂缝炮孔图1-3炮孔和预裂缝的平面位置图（单位：mm）1.3.2 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 混凝土模型静力学性能试验(1)标准试件制作模型试块制作时取同批搅拌的水泥砂浆，用尺寸为70.7mm×70.7mm×70.7mm的带底试模制作立方体试件，每3个为一组。将砂浆一次装满试模，放置到振动台上，振动时试模不得跳动，振动5～10秒或持续到表面出浆，待表面水分稍干后，将高出试模部分的砂浆沿试模顶面刮去并抹平。试件制作后应在室温下养护28天。养护期间，砂浆试件上面覆盖以防有水滴在试件上。图1-4YE-200A型液压式压力试验机图1-5压坏的标准试件图1-6抗压强度测试压力-应变曲线图1-7YE2538程控静态应变仪图1-8CTS25型非金属超声波检测仪(2)抗压强度承压试验使用长春材料试验机厂生产的YE-200A型液压式压力试验机，试件安放在试验机的下压板上，试件中心应与试验机下压板中心对准后，开动试验机连续而均匀地加荷，加荷速度应为每秒钟0.5kN，当试件接近破坏而开始迅速变形时，停止调整试验机油门，直至试件破坏，然后记录破坏荷载，三个荷载值的最大值或最小值与中间值的差值不超过中间值的15%。立方体抗压强度应按下式计算：ANfucum=,（1-18）cumf,—砂浆立方体试件抗压强度（MPa）；uN—试件破坏荷载（N）；A—试件承压面积（mm2）。砂浆立方体试件抗压强度计算应精确至0.1MPa。以三个试件测值的算术平均值的1.3倍作为该组试件的砂浆立方体试件抗压强度平均值（精确至0.1MPa）。经过测试，平均破坏荷载为161.3kN，试块抗压强度为41.6MPa。(3)弹性模量和泊松比、纵波声速泊松比的测试方法使用电测法，其基本原理为：把电阻应变片固定在试件的测试表面，当试件变形时，应变片的电阻值发生相应的变化，通过电阻应变仪将电阻变化测定出来，并直接转化为应变值从而求得材料的泊松比，其灵敏度可达一个微应变。试验仪器使用YE-200A型液压式压力试验机和YE2538程控静态应变仪，在试块轴线方向布置浙江黄岩测试仪器厂生产的BX120-50AA型电阻应变片，栅格尺寸50×4mm。加载过程参考混凝土试件弹性模量测试的方法，利用试验获得的抗压强度数据，求出其平均值，算出加荷标准aaRP4.0=，以0.5kN/s的速度加载至aP，然后以同样的速度卸荷至零，如此反复预压3次。观察压力机及千分表的运转是否正常，否则应作调整。预压3次后，以同样的速度进行第四次加荷。先加荷至0.50MPa的成荷载0P，保持30s，分别读取两侧应变数，然后加荷至aP，保持30s，记下两侧应变数，算出两侧变形增量的平均值a∆。再以同样的速度卸载至0P，保持30s，读取两侧变形0∆。()nFLPPEac∆∗−=0，其中0∆−∆=∆an。两测读得的变形值之差不得大于变形平均值的20%。泊松比为水平和竖直方向变形的比值，测试方法与弹性模量测试类似。经过试验模型材料泊松比为0.17，弹性模量为17.8Gpa，纵波声速为3781m/s。1.4振动测试 设计方案 关于薪酬设计方案通用技术作品设计方案停车场设计方案多媒体教室设计方案农贸市场设计方案 爆破所产生的振动对周围环境会有一定的影响。为了研究预裂缝对爆破引起的振动效应的影响，本文测试通过模型试验，并基于振动测试结果，分析并评价预裂缝对爆破产生的振动的减振效果。1.4.1测试系统1.4.1.1爆破振动检测原理爆破振动波传至传感器器时，使传感器产生感生电压输出，感生电压信号超过预设的触发电平值时，爆破振动记录仪开始自动地记录传感器输入的振动信号，并将振动波储存在仪器内，关闭电源后也不会丢失。检测结束后，通过计算机中专用软件与爆破振动记录仪连接、通讯，可以读取并分析爆破振动波。爆破振动检测系统基本工作原理如图1-9所示。打印机计算机数据处理信号输出信号输入参数设定传感器测试系统爆破地振波爆破振动记录仪图1-9爆破振动检测系统工作原理图1.4.1.2爆破振动测试仪器1.4.1.2.1TC-4850爆破监测仪简介（1）TC-4850爆破测振仪爆破测震仪采用的是成都中科测控有限公司生产的TC-4850（如图1-10所示），它是在TC-3850基础上研发的适用于振动测试的增强型新仪器。爆破测振仪采用同步并行设计，仪器内集成了16bitA/D转换器，和独立的高速精密运算放大器及精密衰减滤波网络组成程控增益通道，实现大动态信号采集。每个通道的独立控制和无手工调节器件使其具有高测量精度和相位一致性，具有较高的工作可靠性和稳定性。图1-10TC-4850爆破测振仪TC-4850型爆破测振仪设计了独立的时间基准和时钟控制器，系统内的多个采集卡可以以不同的采样频率工作。通过软件设置将系统触发线和时钟线级联起来，采集系统在统一的时钟和触发控制下实现全同步采集。①仪器特点本仪器的优点在于质量轻、可防水、防尘、耐压抗击、精度高、应用面广等特点。除此以外，还具有现场设置各项参数的功能。现场采集时，会出现触发电平设置太低，量程设置太小，仪器不触发；采样率设置不正确，波形混叠或者波形被削顶等等的问题。如果现场没有电脑，就很难快速解决我们所遇到的问题。增强的4850型仪器可以在现场没有电脑的情况下，通过按键和液晶屏快速设置参数，从而达到信号快速、准确采集的目的。同时，仪器可以在现场通过仪器本身的功能读出特征值，还能大致预览到已经采集到的信号波形。仪器采用自适应量程，采集时无须做量程调整。时间可单独设置，可根据实际需要设置采集时间。根据实际的情况也可以现场对采集做调整。②技术指标表1-1TC-4850振动测试记录仪技术指标TC-4850振动测试记录仪通道数:并行三通道显示方式：全中文液晶屏显示供电方式:内置可充电锂电池供电采样率:1kHz～50kHz，多档可调A/D分辨率:16Bit频响范围:0Hz～20kHz采集方式:并行三通道采集，多组级联记录时长：1秒~160秒可调触发模式：内触发，外触发量程:自适应量程，无需设置，最大输入值10V(35cm/s)触发方式:连续触发记录可达128次～1000次触发电平:0-10V(0-35cm/s)任意可调存储空间大小:1MSRAM,128Mflash记录精度:0.05mv(0.5mm/s)读数精度:1‰时钟精度:1个月≤5秒数据接口:USB2.0电池续航时间：≥60小时适应环境：10～75℃，20～100％RH尺寸大小:168mm×99mm×64mm重量:1000g（2）拾振器拾振器采用重庆地质仪器厂生产的CDJ－S2C—22Hz三分量检波器如图1-11所示。该检波器是把三方向分量的地震信号，同时接收转换成电信号的一种机电转换装置，具有水平调节装置及方位指标。内装有按笛卡尔坐标排列的三只2Hz检波器芯体。该三分量检波器具有灵敏度高、低失真、一致性好、最佳的阻尼系数、结构牢固与密封防水性能好等优点，适于现场作业。该检波器内装三只2Hz芯体并按笛卡尔坐标排列，其中垂直向芯体为Z向，壳体上正东方向箭头所指的为L向水平芯体，正北方向箭头所指的为T向水平芯体；并可调水平度。电缆插头采用FQ防水型卡口型接头，其灵敏度：200mv/cm/s，误差<3%图1-11三分量检波器1.4.1.2.2MinimatePlus振动监测仪简介（1）MinimatePlus振动监测仪这是美国生产的国际上先进的便携式爆破地震仪,性能极好、无须使用交流电,具有1个声通道和3个爆破振动信号通道。爆破结束后数秒就可读出爆破冲击波噪声以及3个向量的速度分量及矢量和以及它们的主频率。存储空间1024k,最多可存储341个记录,且每个记录均包含了垂向、径向、切向三个方向的振动速度和声波记录。最大采样频率2048Hz,并可根据地震波的大小选择三个量程：64、127、254mm/s。触发值范围为0.254～57.9mm/s。该仪器能探测到的最低速度值为0.03mm/s。如图1-12所示。图1-12MinimatePlus振动监测仪①仪器特点本仪器的优点在于质量轻、可防水、防尘、耐压抗击、精度高、应用面广等特点。除此以外，还具有现场设置各项参数的功能。现场采集时，会出现触发电平设置太低，量程设置太小，仪器不触发；采样率设置不正确，波形混叠或者波形被削顶等等的问题。如果现场没有电脑，就很难快速解决我们所遇到的问题。增强的MinimatePlus振动监测仪可以在现场没有电脑的情况下，通过按键和液晶屏快速设置参数，从而达到信号快速、准确采集的目的。同时，仪器可以在现场通过仪器本身的功能读出特征值，还能大致预览到已经采集到的信号波形。仪器采用自适应量程，采集时无须做量程调整。时间可单独设置，可根据实际需要设置采集时间。根据实际的情况也可以现场对采集做调整。②技术指标表1-2MinimatePlus振动监测仪商品名称：振动监测仪组成部分MINI主机标准三向振动传感器线性麦克风电源适配器工作原理通过主机连接三向振动传感器和线性麦克风测量振动区域的质点速度峰值、加速度峰值、位移峰值和声压峰值。主要功能1、常规爆炸监视，接近现场的爆炸分析，打桩建筑活动，拆除活动，重型运输桥梁监视结构、分析水下爆炸监视。2、InstantelHistogramCombo™模式使您能够在记录柱状图模式下获取完整的波形记录。3、每通道采样率从1,024到16,000样本/秒，单一通道可高达65,000样本/秒。4、带有标准300个事件存储能力的非易失性内存（可选择1,200个事件的能力）。5、在标准设置下记录长达100秒的波形事件，或在高级设置下可长达500秒。用途“211工程”暨“985优势学科创新平台”子课题“矿山建设工程基础理论与关键技术研究”平台建设。仪器重在对爆破进行了全程严密的安全监测，从而开展爆破地震波传播规律的研究,揭示爆破、冲击等动载作用下巷（隧）道工程结构及材料的超动态与准动态的力学响应特征。建立岩体巷（隧）道动态施工理论与有效防控应用技术体系。（2）拾振器该检波器是把三方向分量的地震信号，同时接收转换成电信号的一种机电转换装置，具有水平调节装置及方位指标。该三分量检波器具有灵敏度高、低失真、一致性好、最佳的阻尼系数、结构牢固与密封防水性能好等优点，适于现场作业。并可调水平度。电缆插头采用FQ防水型卡口型接头，其灵敏度：100mv/cm/s，误差<2%如图1-13所示。图1-13三分量检波器1.4.2测点布置根据研究工作需要，试验采用直线布点，距离预裂缝中心线200mm，650mm处间隔布点，每个试件布置两个测点，图中1#、2#分别代表第一测点，第二测点，测点布置如图1-14所示。每次布置传感器时，分别测试水平X方向、水平Y方向以及垂直Z方向三个方向的速度振动量，如图1-15所示。预裂缝炮孔图1-14测点布置示意图图1-15传感器布置1.4.3试验研究步骤（1）根据模型制作的要求，进行加工模具，要保证模具具有一定的刚度，不能变形；（2）把水泥、砂子、水三种材料，按照配比要求，放在搅拌机里均匀搅拌，搅拌好之后立即分组浇筑，并养护28天；（3）依据模型实际情况确定测点布置数量和每台传感器到预裂缝中心的距离。（4）现场布置传感器，并进行调整，确保传感器能正确有效的接收到振动信号：每一个地点均应同时测量三个方向，分别为X方向（垂直于预裂缝方向）、Y方向（平行于预裂缝方向）、Z方向（与模型表面垂直），传感器以直线方式排列，垂直于模型中心线布置。（5）连接TC-4850爆破测振仪，开机检查测振仪系统状态，保证每台仪器工作正常。（6）设置每台测振仪的触发电平、触发模式、采样速率、采样时间、采样延时和量程等参数，选择合理参数，保证振动信号测量的可行性与有效性。（7）设定每台测振仪的触发模式，选定主机位置，进行测试，保证2台测振仪同步触发。（8）模拟试验，给出模拟的振动信号，确保每台测振仪都能接收到振动信号。连接测振仪至电脑，打开Blastingvibrationanalysis软件分析振动模拟信号。确保传感器能良好的接收振动信号（X、Y、Z三个方向振动波形特征明显），如有突变，重新平行选择测点布设传感器，进行模拟试验，直至满足要求。（9）仪器测试调整工作完成后，打开测振仪数据采集选项，等待放炮触发。（10）试验完成，整理测振仪器，连接测振仪至电脑，选择有效振动信号数据存储于电脑。（11）利用Blastingvibrationanalysis软件分析振动信号的特征。1.5爆破振动测试结果（1）第一阶段试验：有缝与无缝情况下分别进行了两组爆破试验，一组有缝，一组无缝，每种情况下均做3次试验，试验共获得质点峰值振动数据12个，除去开始阶段对爆破模型试验测试的不熟悉，造成一些仪器设置有误提前触发外；后期通过总结测试经验，不断调整，其它数据均已收集，波形完整清晰，测试结果令人满意，具体的测试结果见表1-3和表1-4。表1-3和表1-4列出了爆破试验的试验日期、测点至爆源的距离、爆破振动速度和起爆药量。表中R表示测点至预裂缝的距离，单位：mm；VX、VY、VZ分别表示径向、水平向、垂直向引起的振动速度幅值，单位：mm/s；Q表示起爆药量，单位：g。表1-3无预裂缝的实测峰值质点振动速度表试验日期起爆药量/g试验代号测点R/mmVX/mm/sVY/mm/sVZ/mm/s2010-09-271.01-11#2001.522.925.982#6503.944.193.301-21#2003.940.631.652#6503.940.510.761-31#2001.780.381.402#6501.400.261.14表1-4有预裂缝的实测峰值质点振动速度表试验日期起爆药量/g试验代号测点R/mmVX/mm/sVY/mm/sVZ/mm/s2010-09-281.02-11#2001.020.380.892#6500.890.380.892-21#2003.050.381.142#6501.520.640.892-31#2001.900.642.02#6501.140.640.76由于测试获取的振动速度波形较多，不能全部列出，现给出典型的振动波形图，如图1-16和图1-17所示：图1-16无预裂缝2010-09-27第一测点的振动速度波形图1-17有预裂缝2010-09-27第一测点的振动速度波形（2）第二阶段试验根据爆破振动模型试验 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，在有预裂缝的情况下，分别以装药量为1.0g、1.5g、2.0g、2.5g的级别进行爆破试验，每个级别均进行三次试验，具体的测试结果见表1-5。表1-5不同装药量下的实测峰值质点振动速度表试验日期起爆药量/g试验代号测点R/mmVX/mm/sVY/mm/sVZ/mm/s1.01-11#2002#6501-21#2002#6501-31#2002#6501.52-11#2002#6502-21#2002#6501-31#2002#6502.03-11#2002#6503-21#2002#6503-31#2002#6502.54-11#2002#6504-21#2002#6504-31#2002#650现给出典型的振动波形图，如图1-18、1-19、1-20、1-21所示：（3）第三阶段试验根据爆破振动模型试验方案，在有预裂缝的情况下，分别以预裂缝的深度为50mm、100mm、150mm、200mm的级别进行爆破试验，每个级别均进行三次试验，具体的测试结果见表1-6。表1-6不同预裂缝深度下的实测峰值质点振动速度表预裂缝深度/mm起爆药量/g试验代号测点R/mmVX/mm/sVY/mm/sVZ/mm/s501.01-11#2002#6501-21#2002#6501-31#2002#6501001.02-11#2002#6502-21#2002#6501-31#2002#6501501.03-11#2002#6503-21#2002#6503-31#2002#6502001.04-11#2002#6504-21#2002#6504-31#2002#650现给出典型的振动波形图，如图1-22、1-23、1-24、1-25所示：1.6爆破引起的振动回归分析1.6.1振动特性分析1.6.2爆破振动速度衰减规律回归分析爆破振动速度涉及多个变量，这些变量间的关系不能严格从理论上推导得出。为分析爆破振动速度的衰减规律，前苏联科学院地球物理研究所的MA萨道夫斯基等通过研究集中药包的爆破地震效应，按照大量实测数据和相似定律得到经验计算式。萨道夫斯基计算式也成为国内外工程界普遍应用，我国长期采用此计算式来计算预测质点的振动速度，该计算式的具体形式为[74-77]：()αRQKV3=（3-19）式中：V——质点振动速度，cm/s；Q——炸药量，kg，齐发爆破时为总装药量，微差爆破时为最大一段的装药量；R——距离，m；K——爆破振动衰减系数；α——衰减指数；K、α两系数与爆破方法、地形、地质条件、爆破性质和传播路径等有关。下面利用实测数据对计算式（3-19）进行回归分析，建立爆破质点振动速度与爆心距之间的线性相关关系。对计算式（3-19）两边同时取以e为底的自然对数：−+=RQKVlnln31lnlnα（3-19）令VYln=、RQXlnln31−=、Kaln=、α=b得到：bXaY+=（3-20）采用最小二乘法求得回归方程（3-20）中的a和b值。由数理统计知识可得a、b的估计值分别是：211211111−−==∑∑∑∑∑=====∧niiniininiiniiiixxxyxnxyxnyxLLb（3-21）−∧−∧−=xbya（3-22）相关系数：∑∑∑==−−=−−−−−−==niniiiniiiyyxxxyxxyyxxyyLLL111γ（3-23）其中：∑=−=niixnx11、∑=−=niiyny11相关系数γ的绝对值越大，相关程度越高，用该计算式预测的准确性就越好；反之，当γ很小时，用这种方法来预测就没有实际意义。1.7预裂缝减振效果分析根据振动波形质点峰值振动速度回归公式，就可以对预裂缝的减振效果进行分析。本试验是单响药量为1.0g条件下，针对存在预裂缝条件下，得到的不同爆心距处的质点震速及隔震率。此处，隔震率定义为式中:%00νννη−=η为隔震率，V0为不存在预裂缝条件下爆破产生的质点峰值震动速度，V为存在预裂缝条件下爆破产生的质点峰值震动速度。本文通过对预裂缝对爆炸应力波的减弱阻隔作用的分析，研究了预裂缝的减振机理，得出以下结论：(1)预裂缝对爆破的减振作用主要是对爆炸应力波实现了有效阻隔和减弱，从而减小了危害保区的能量，达到减振的目的。(2)增加预裂缝的长度和深度可更有效的减振。每次爆破预裂缝的长度应大于主炮孔爆破的长度，减弱侧面绕射波进入保护边坡的能量；预裂深度在不破坏底部条件下应尽可能地深些，因为这样会更有效的阻隔爆破地震波从缝底进入护区，减小其缝底绕射能量。(3)预裂缝应有足够的宽度，确保预裂缝隙不会在应力波作用下闭合、固结，否则起不到应有的减振作用。（4）在同爆破试验中，爆破地震波主频率表现为首先随着距离的增加而增大，在达到某一高主频值后，然后则随着距离的增加而下降，符合爆破地震波的正常传播规律。但有预裂缝作用下的爆破地震波的主频要比无减振措施下的爆破地震波主频低。1.8不同装药量的减振效果分析1.9本章小结爆破振动信号的小波分析2.1引言爆破振动信号分析是研究爆破振动危害控制的基础，也是控制爆破振动危害的前提。传统的信号分析是建立在Fourier变换基础之上的，Fourier变换是一种全局变换，即要么完全在时域，要么完全在频域，无法表达信号时一频局部化性质，而这种性质确是非平稳信号(如爆破振动信号)最根本、也是很重要的性质。因此，Fourier变换只适用于对平稳信号进行分析，而不适用于非平稳信号的分析。于是，寻求具有一定时间和频率分辨率、能将时间和频率结合起来刻画信号的时频联合特征的新方法(时一频分析法)，是信号处理领域以及数学界研究人员长期以来努力的目标。近十几年以来，在数字信号分析领域提出的小波与小波包分析（WaveletandWaveletPacketAnalysis）都属于时频局部化分析方法，为非平稳随机信号特征的提取提供了可能。近年来，开展小波与小波包分析的实际应用，特别是将其推广到一些实际的工程领域(如爆破振动)中，己引起了广泛的重视。本章就是通过运用小波包分析技术对所监测的爆破振动信号进行分析，研究爆破地震波在传播过程中的频带能量分布特征以及药量、爆心距等爆破参量对爆破振动信号频带能量分布的影响，从能量的角度探讨爆破地震波的传播规律。2.2小波变换及小波包变换理论2.2.1小波变换理论小波分析方法是一种窗口大小(即窗口面积)固定但形状可改变，时间窗和频率窗都可改变时频局部化分析方法。即在低频部分具有较高频率分辨率和较低时间分辨率，在高频部分具有较高时间分辨率和较低的频率分辨率，正是这种特性，使小波具有对信号的自适应性。1、小波定义设)()(()(22RLRLt∈ψ为能量有限的信号空间，其傅立叶变换为)(ωψ∧，当)(ωψ∧满足容许性条件（完全重构条件或恒等分辨条件）∞<=∫∧ωωωψψdCR)(（2-1）时，称()tψ为一个基本小波函数或母小波函数。将()tψ平移和伸缩可以得到一组小波。对于连续的情况，小波为()−=−abtatba(21,ψψ0,≠∈；Rba（2-2）其中a为尺度因子，b为平移因子。小波函数的时频波形具有以下两个特点：（1）小波函数在时域和频域上具有局部性。（2）由于小波母函数满足可容许胜条件(4-1)，则必有()00==∧ωωψ。由此可断定小波必具有正负交替的波动性。由以上两点可以看出，小波函数应是两端快速衰减的短小波形，因此称为“小波”。对于离散情况，小波为()()kttjjkj−=−−222,ψψ（2-3）小波函数不是任意的也不是唯一的，因此小波基的选择是小波分析在实际应用中的一个重要问题，这是因为不同的小波基分析同一个问题会有不同的结果，甚至相差很大。在MATLAB6.5小波分析工具包中有大量小波基函数可供选择，Daubechies(简称dbN)小波系中的db3、db5、db7、db8函数，Symlets(简称symN)小波系中的sym3、sym5、sym7函数，Morlet(简称morl)小波及Meyer函数是几种常用于分析爆破振动信号的小波函数。图2-1则为常用的小波。图2-1常用于分析振动信号的小波2、小波时频局部化特性时间和频率分辨能力的高低，是衡量时频分布方法好坏的一个主要性能指标。同短时傅立叶变换一样，小波变换可以度量频谱成分的时频变化，小波函数在时间频率相空间里对应一个形状和位置可以变化的时频窗，其窗口形状为矩形]/(/[(][00awawabab∧∧∆−±∆−±×∆+∆−），），ψψψψ，窗口中心为)/(0awb±，，时窗和频窗宽分别为ψ∆a和a/∧∆ψ，它们在各处是不一样的。从小波基函数的表达式（4-2）中可知：当尺度因子a取大于1的值时，)(,tbaψ对应为展宽的小波，其频谱缩窄并下移；当。当a取小于1时，)(,tbaψ就成了缩窄的小波，其频谱展宽并上移。其中b仅仅影响窗口在相平面时间轴上的位置，而a不仅影响窗口在频率轴上的位置，也影响窗口的形状。分析检测高频分量(a减小)，时间窗口自动变窄，频率窗口高度增加；分析检测低频分量(a增大)，时间窗口自动变宽，频率窗口高度减小，从而实现时频窗口的自适应变化，达到“数学显微镜”的作用。但时频窗口的面积受Heisenberg测不准原理限定为一常数，在提高时间分辨率的同时也意味着降低了频率分辨率，反之亦然。3、连续小波变换对于任意信号)()(2RLtf∈，信号f的连续小波变换定义为dtabttfafbaWRbaf)()()(21,−==∫ψψ，，(2-4)即信号)(tf关于连续小波变换等于)(tf与小波)(tψ的内积，连续小波变换定量地表示了信号与小波函数系中的每个小波相关或近似程度。连续小波变换具有以下重要特性：（1）线性性质：多分量信号的小波变换等于各分量的小波变换之和；（2）平移不变性质：如果)(tf的小波变换为),(baWf，那么)(τ−tf的小波变换为),(τ−baWf；（3）伸缩共变性质：如果)(tf的小波变换为),(baWf，那么)(ctf的小波变换为),(1cbcaWcf；（4）自相似性质：对应于不同的尺度参数a和不同的平移参数b的连续小波变换之间是相似的；（5）冗余性质：连续小波变换存在信息表述冗余度，主要表现在以下两个方面：①由连续小波变换恢复原信号的重构方式不是唯一的，即信号)(tf的小波变换与小波重构之间不存在一一对应的关系；②小波变换的小波函数存在多种选择的可能性。连续小波重构定义为dadbabtbaWaCtffRR)(),(11)(2−=∫∫=ψψ（2-5）4、离散小波变换在实际应用中，连续小波变换的信息量是有冗余的，为了节约计算量和便于压缩数据，应尽量减小小波变换系数冗余度。同时，在实际工程中，所要分析的信号是经过采样的离散有限能量信号，为了在计算机上实现小波变换，连续小波变换必须加以离散化，离散化只针对连续的尺度函数和连续平移函数，而非时间变量。与函数)(tf相应的DWT系数及其重构公式为dtttfCkjkj)()(,,∫∞∞−=ψ(2-6))()(,,tCCtfkjkjψ∑∑∞∞−∞∞−=(2-7)式中C是一个与信号无关的常数。与CWT相比，DWT可以减小冗余度。5、多分辨率分析和mallat算法多分辨率分析，又称为多尺度分析，是建立在函数空间概念上的理论。但其思想的形成来源于工程，其创建者S.Mallat是在研究图象处理的过程中建立的。当时人们研究图象处理的普遍方法是将图象在不同尺度下分解，并将不同结果进行比较，以得到有用信息。Meyer正交小波基的提出，使得S.Mallat想到是否可以用正交小波基的多尺度特性将图象展开，以得到图象的不同尺度空间的“信息增量”，从而导致了多分辨率分析理论的诞生。多分辨率分析给出了正交小波基的构造提供了一种简单的方法，同时给出了正交小波变换快速算法，即Mallat算法，因此多分辨率分析在正交小波变换理论中占有很重要的地位。关于多分辨分析的理解，我们在这里以一个四层的分解进行说明，其小波分解树如图2-2所示。2-2四层多分辨分析树结构图从图2-2可以明显地看出：多分辨分析只是对低频部分进行进一步分解，而高频部分则不予以考虑。分解具有关系：S＝A3＋D3＋D2＋D1。另外强调一点，这里只是以一个层分解进行说明，如果要进行进一步的分解，则可以把低频部分A3分解成低频部分A4和高频部分D4，以下再分解依此类推。2.2.2小波包变换理论小波包分析是一种能够为信号提供一种更加